La parte della basilica più preziosamente affrescata è senza dubbio il catino absidale. Al centro del grande affresco superiore è raffigurata l'immagine di Cristo racchiusa in una mandorla. Attorno a lui sono dipinte le figure degli angeli e dei profeti.
Gli affreschi dell'emiciclo inferiore dell'abside sono invece dedicati alla narrazione del martirio di San Vincenzo di Saragozza, martire a cui è dedicata la basilica.
A destra delle scene del martirio di S. Vincenzo, nell'ultimo riquadro, vi è la nicchia per la custodia dell'Eucarestia. A sinistra di essa è raffigurato un personaggio che rivolge lo sguardo e il braccio teso verso il Redentore e che alcuni hanno identificato come S. Adeodato. A destra invece è affrescata la figura di Ariberto nell'atto di donare la basilica da lui ricostruita e consacrata nel 1007.
Di grande pregio sono poi tutti gli elementi decorativi inseriti nel grande affresco. La cornice che scorre sotto le scene del martirio di S. Vincenzo è arricchita con cornucopie, spirali d'acanto, uccellini e frutti. Altra fascia decorativa da ammirare è quella dipinta lungo l'arco trionfale che delimita l'affresco dell'abside anch'essa popolata da uccelli. Infine la bocca dell'abside è ornata da un fregio con animali acquatici.
Passando ad osservare gli affreschi della navata centrale, si nota come entrambe le pareti sono suddivise in tre grandi fasce a loro volta composte da più quadri rappresentativi.
Gli affreschi della parete destra sono interamente dedicati all'illustrazione della vita di Sansone, così com'è descritta dalla Bibbia, e alla storia di S. Cristoforo.
Gli affreschi della parete sinistra invece rappresentano in parte scene dell'Antico Testamento, in parte raffigurano la storia di Santa Margherita.
Un altro importante affresco è quello posizionato a destra dell'altare e raffigurante la Madonna con il Bambino tra i Santi.
Anche la parete della controfacciata presenta alcuni affreschi. Entrambe le immagini presenti a destra e sinistra dell'ingresso principale riportano figure di santi.
Infine meritano attenzione gli affreschi presenti nella cripta.
L'affresco superiore del catino absidale
Il martirio di San Vincenzo
Nell'affresco del primo riquadro a sinistra, oggi in parte andato distrutto, è rappresentata la scena della fustigazione: S. Vincenzo è legato con le braccia alzate davanti all'imperatore Daciano di Saragozza e una folla spaventata assiste al supplizio. Nel secondo riquadro S. Vincenzo è sdraiato su una graticola ardente e i suoi carcerieri gli versano sopra piombo fuso. Il terzo riquadro che conclude la narrazione raffigura due episodi: l'approdo del corpo di s. Vincenzo su una spiaggia, come vuole la leggenda, e la sepoltura.
La parete destra
Nelle due fasce sottostanti è narrata la storia di S. Cristoforo che è raffigurato grande e solenne al centro della parete con la mano destra aperta e la sinistra che regge una lunga asta. Nella seconda fascia sono rappresentati diversi episodi in cui S. Cristoforo compie miracoli e converte i soldati e le meretrici inviati a lui dall'imperatore. Sia nella seconda che nella terza fascia S. Cristoforo appare davanti all'imperatore che è raffigurato sotto un arro sostenuto da due colonne e con un copricapo a tre punte. Gli altri riquadri della terza fascia narrano il supplizio del santo posto su un rogo, colpito dalle frecce e infine decapitato. Gli ultimi riquadri concludono la narrazione con i funerali del santo e, nell'ultimo affresco andato perso, presumibilmente, la sepoltura.
La parete sinistra
La seconda fascia rappresenta probabilmente altri fatti biblici dell'Antico Testamento ma non è stata identificata una narrazione precisa. Il riquadro maggiormente conservato raffigura un gruppo di guerrieri a cavallo. In quello subito accanto si vedono alcune figure in piedi tra cui una donna con le vesti lunghe e la mano alzata.
Gli affreschi dell'ultima fascia sono dedicati alla vita di Santa Margherita d'Antiochia di Pisidia e rappresentano una delle prime testimonianze del culto di questa santa in occidente. Il primo riquadro narra l'episodio in cui Margherita conquista con la sua bellezza il prefetto Olibrio. Nel secondo riquadro appare Margherita con la nutrice mentre le successive scene narrano gli incontri della santa con il demonio prima sotto forma di drago poi con sembianze umane. Dovevano seguire altre scene importanti come il vano tentativo di bruciare la santa con torce accese e infine la decapitazione.
La Madonna con il Bambino tra i Santi
La controfacciata
Sulla controfacciata sinistra invece è oggi presente un affresco che prima era posizionato nella cripta dove è rappresentato un vescovo benedicente affiancato da un diacono e un suddiacono. Secondo Don Carlo Annoni l'affresco orginario di questa parte della controfacciata raffigurava Cristo morto, in piedi e con le mani incrociate sul petto.